EP3997448A1 - Dispositif d'imagerie par rayons x et procédé d'imagerie associé - Google Patents

Dispositif d'imagerie par rayons x et procédé d'imagerie associé

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EP3997448A1
EP3997448A1 EP20747056.8A EP20747056A EP3997448A1 EP 3997448 A1 EP3997448 A1 EP 3997448A1 EP 20747056 A EP20747056 A EP 20747056A EP 3997448 A1 EP3997448 A1 EP 3997448A1
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EP
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image
ray
sample
images
ray source
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Withdrawn
Application number
EP20747056.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Hélène LABRIET
Sébastien BERUJON
Emmanuel BRUN
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Esrf European Synchrotron Radiation Facility
Novitom
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Universite Grenoble Alpes
Original Assignee
Esrf European Synchrotron Radiation Facility
Novitom
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Universite Grenoble Alpes
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Filing date
Publication date
Application filed by Esrf European Synchrotron Radiation Facility, Novitom, Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM, Universite Grenoble Alpes filed Critical Esrf European Synchrotron Radiation Facility
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N2223/40Imaging
    • G01N2223/401Imaging image processing

Definitions

  • the present invention relates generally to an X-ray imaging device using a simplified architecture, the device being able to be applied mainly to the field of medical imaging, but also to that of X-ray imaging for characterization of materials, or in the field of security (for example for checking baggage at airports).
  • Phase contrast imaging has revolutionized X-ray imaging over the past twenty years and has made it possible to create contrasts in materials known to be transparent to X-rays, by measuring the phase change of X-rays, due to the refraction of X-rays when passing through the sample 111 121 [3] .
  • This technique uses information concerning the changes in the phase of an X-ray beam which passes through an object, in order to obtain an image of this object.
  • phase contrast imaging indirectly measures the phase shift caused by the sample, the latter being transformed into a variation in intensity which can be measured by an X-ray detector.
  • This type of imaging is widely used with synchrotron sources [41 [51 [61 [71 .
  • sources for computer-assisted micro-tomography are known in particular, for example of the nanofocus or microFocus type, sources for image intensifier type apparatus, sources for mammography type apparatus, and x-ray sources, and computed tomography sources.
  • the advantage of traditional X-ray sources over sources such as a synchrotron source lies in their cost, less expensive, their size, more compact and their ease of handling.
  • phase contrast X-ray imaging devices are known using these conventional X-ray sources [13] 1141 [151 .
  • these devices are complex, require X-ray sources with high spatial coherence, or even involve large doses of radiation for the formation of the images.
  • they require great mechanical stability, which is achieved to the detriment of the width of the field of view or of the level of resolution of the images obtained.
  • phase contrast X-ray imaging devices that are easy to use and that can use conventional sources as X-ray sources.
  • an X-ray imaging device in particular in phase contrast, comprising:
  • a spatial intensity modulator having a maximum thickness and a minimum thickness, able to be crossed by an X-ray beam from the X-ray source, and to form an X-ray beam spatially modulated in intensity
  • a sample support capable of supporting a sample, said sample being intended to be crossed by at least part of said X-ray beam spatially modulated in intensity and transmitting a refracted X-ray beam spatially modulated in intensity, the sample , when it is on said support, being located at a distance d from the X-ray source,
  • an X-ray detection system located at a distance D from the X-ray source, and comprising a two-dimensional X-ray sensor provided with a plurality of photo-detector elements, each having the same given size, said system detection device being able, in a first configuration of the device in which the device does not include a sample, to detect a first beam of X-rays coming from
  • an electronic processing unit able to receive the first electrical signal and to process it so as to generate a first image comprising a plurality of pixels, each having the same given size, and to receive the second electrical signal and to process it from so as to generate a second image, and able to generate, from said first image and of said second image, at least one image characteristic of said sample,
  • said imaging device being characterized in that the difference between the maximum thickness and the minimum thickness of the spatial intensity modulator, called average roughness, is between two and twenty times the size of the pixels of the first image, said size being equal to the product of the size of the photo-detector elements times the d / D ratio.
  • the average roughness of the spatial intensity modulator is between two and fifteen times the size of the pixels of the first image.
  • the average roughness of the spatial intensity modulator is between two and ten times the size of the pixels of the first image.
  • the average roughness of the spatial intensity modulator is between three and seven times the size of the pixels of the first image.
  • the disadvantage is that said at least one characteristic image of said sample has poor resolution.
  • the photo-detector elements can be of the same square shape and each have the same given size equal to the length of the side of the square shape.
  • the photo-detector elements may have the same rectangular shape and each have the same given size equal to the length of the rectangular shape.
  • the photo-detector elements can be of the same hexagonal shape and each have the same given size equal to the distance separating two vertices of the hexagonal shape that are diametrically opposed.
  • the electronic processing unit is able to generate said at least one characteristic image of said sample, from the difference between said first image and said second image.
  • the electronic processing unit may be able to generate said at least one characteristic image of said sample as a function of the phase gradient of the refracted X-ray beam received by the X-ray detection system in the second configuration of the device. .
  • the spatial intensity modulator comprises an element chosen from a metal, a metalloid, a light element and their mixtures, the atomic number of said element being between 13 and 80.
  • the element of the spatial intensity modulator can be chosen from aluminum, silicon, iron, copper, titanium, nickel, silver, tin, gold, and their mixtures.
  • the spatial intensity modulator comprises powder and / or particles.
  • the spatial intensity modulator is fabricated by three-dimensional printing, abrasion, or molding.
  • the X-ray source has an energy of between 10 and 300 keV.
  • This energy can be obtained by using an X-ray tube capable of accelerating electrons between two electrodes with a peak potential difference of between 10 and 300 kVp.
  • the X-ray source has an energy of between 20 and 300 keV.
  • the X-ray source has an energy of between 20 and 180 keV.
  • the X-ray source has an energy of between 20 and 120 keV.
  • the X-ray source has an energy of between 15 and 120 keV.
  • the X-ray source is chosen from a source for computer-assisted micro tomography, for example of the nanofocus or microFocus type, a source for an image intensifier type device, a source for a mammography type device, and a x-ray source.
  • the material of the spatial intensity modulator can be chosen as a function of the energy of the X-rays emitted by the X-ray source.
  • the material of the spatial intensity modulator can be chosen so that its visibility, equal to the ratio of the standard deviation of the distribution of the intensities of the pixels of the first image L ef (x, y) on the average of the intensities of the pixels of the first image L ef (x, y), that is to say between 0.02 and 0.30.
  • the material of the spatial intensity modulator is chosen so that its visibility is between 0.05 and 0.20.
  • the material of the spatial intensity modulator can be chosen from silicon, titanium and aluminum.
  • the material of the spatial intensity modulator can be chosen from among copper, iron, cobalt and nickel.
  • the material of the spatial intensity modulator can be chosen from silver, zinc, tin and molybdenum.
  • the material of the spatial intensity modulator can be chosen from gold and tungsten.
  • the underlying advantage of the choice of material forming the spatial intensity modulator is that it allows the use of x-ray sources of different energies, especially high energies, which are currently difficult to use, and a wide range of image resolutions.
  • the sample holder is mounted to rotate about an axis of rotation orthogonal to the main direction of the X-ray beam coming from the X-ray source, to allow rotation of the sample. around the x-ray source.
  • the assembly formed by the X-ray source and the X-ray detection system is rotatably mounted around the sample holder, to allow the rotation of the assembly formed by the X-ray source and the X-ray detection system is mounted to rotate around the sample.
  • the present invention also relates to an X-ray imaging method, implementing an X-ray imaging device as described above.
  • this is a two-dimensional imaging method, comprising the following steps:
  • f generate, by the electronic processing unit, from said at least one first image and from said at least one second image, at least one image chosen from among a transmission image, an image of the gradient of the differential phase in two directions orthogonal and parallel to a plane perpendicular to the main direction of the x-ray beam from the x-ray source, an image of the phase, and an image of the scattering of the sample.
  • the imaging method is a three-dimensional imaging method, comprising the following steps:
  • the c / receive and process, by the electronic unit, the first electrical signal, so as to generate at least one first image, d / in the second configuration of the device, in the case where either the sample support is mounted to rotate about an axis of rotation orthogonal to the main direction of the X-ray beam coming from the X-ray source, or the whole formed by the x-ray source and the x-ray detection system is rotatably mounted around the sample holder, detecting the second x-ray beam and transforming it into a second electrical signal, for N given positions (1,. ..N), the N given positions being either positions of the sample, each corresponding to a given rotation of the sample support, or positions of the assembly formed by the X-ray source and the X-ray detection system.
  • N N given positions
  • f generate, by the electronic processing unit, from said at least one first image and from all the second images, at least one image chosen from among a three-dimensional transmission image, a three-dimensional image of the gradient of the differential phase in two directions orthogonal and parallel to a plane perpendicular to the main direction of the X-rays from the X-ray source, a three-dimensional image of the phase, and a three-dimensional image of the scattering of the sample.
  • a plurality of first images and a plurality of second images are generated and combined to generate by the electronic processing unit at least one two-dimensional or three-dimensional image chosen from among a transmission image, an image of the phase gradient in two directions orthogonal and parallel to a plane perpendicular to the main direction of the X-ray beam from the X-ray source, an image of the phase, and an image of the scattering of the sample.
  • the latter is a method for temporal monitoring of structures contained in a sample, during a time interval T, comprising the following steps:
  • a plurality of first images and a plurality of second images are generated and combined to generate by the electronic processing unit at least one sequence of N successive images, said N successive images being transmission images, gradient images of the differential phase in two directions orthogonal and parallel to a plane perpendicular to the main direction of the X-rays coming from the X-ray source, images of phase, or images of the sample scattering.
  • the latter can further comprise a step of processing at least one sequence of N successive images to obtain elastographic data of the structures of the sample. .
  • the general advantage of the invention is to simplify an X-ray imaging device, as well as the associated imaging process, by resorting to conventional X-ray sources and to easy-to-manufacture and easy-to-manufacture equipment. to be implemented, in particular to optimized spatial intensity modulators.
  • optimized spatial intensity modulators thanks to the specific choice of the average roughness of the spatial intensity modulator, it is possible to use in the device a wide variety of conventional X-ray sources, in particular at high energies, and to obtain a wide range. resolutions of the images obtained. It is possible, in particular, to improve the level of detail visible on the images obtained by the device, with conventional sources of X-rays.
  • Figure 1 schematically illustrates an X-ray imaging device according to the invention in a first and a second configuration.
  • FIG. 2 shows two images obtainable with respectively the first and the second configuration of the device according to the invention.
  • FIG. 3 shows various top view photographs of a first type of spatial intensity modulators that can be used in the device according to the invention.
  • FIG. 4 shows various top view photographs of a second type of spatial intensity modulators that can be used in the device according to the invention.
  • FIG. 5 shows a series of images obtained according to a first embodiment of the imaging method according to the invention, with a first type of spatial intensity modulator.
  • FIG. 6 shows two images of the same sample obtained with two pairs of X-ray source and spatial modulator of different intensity.
  • FIG. 7 shows different images of a finger obtained according to a first embodiment of the imaging method according to the invention, with a second type of spatial intensity modulator, and a conventional X-ray of the finger.
  • FIG. 8 shows a conventional radiography obtained by computer-assisted tomography of a sample, a two-dimensional image of the same sample obtained with a second embodiment of the imaging method according to the invention, with a first type of spatial modulator d intensity, and a volume rendering image of the same sample obtained according to a second embodiment of the imaging method according to the invention.
  • FIG. 9 shows a series of images of a sample composed of a latex glove, a sample of polystyrene and a metal wire, obtained according to a third embodiment of the imaging method according to invention, with application to
  • Figure 1 schematically illustrates an X-ray imaging device 1 according to the invention in two different configurations, without a sample to be imaged, as shown in part (a) of Figure 1, and with a sample E to be imaged, as shown in part (b) of Figure 1.
  • an X-ray source 2 illuminates a spatial intensity modulator 3.
  • spatial modulator of intensity is understood to mean an object of substantially planar shape, and having a thickness, making it possible, through its spatial structure, to spatially modulate the intensity of an XF-ray beam which passes through it.
  • the XF-ray beam After passing through the spatial intensity modulator 3, the XF-ray beam exhibits a spatial modulation of intensity.
  • the distance D is measured along the axis orthogonal to the spatial intensity modulator 3 and to the x-ray detection system 5 and passing through the x-ray source 2.
  • the x-ray detection system 5 comprises a two-dimensional X-ray sensor provided with a plurality of photo-detector elements 5a, each having the same given size, each of the photo-detector elements 5a receiving a portion of the X-ray beam F.
  • Each of the photo-detector elements 5a may be square or rectangular, the size of the photo-detector element 5a denoting either the length of the side of the square, or either the length or the width of the rectangle.
  • An electronic processing unit 6 is used to receive the first electrical signal S éiec-ref and process it so as to generate a first image L éf (x, y) comprising a plurality of pixels, each having the same given size.
  • An example of the first image L éf (x, y) is presented in image (a) of figure 2.
  • a sample E to be imaged is positioned on a sample support 4, positioned downstream of the spatial intensity modulator 3, at a distance d from the x-ray source 2.
  • the distance d is measured along the z axis orthogonal to the spatial intensity modulator 3 and to the x-ray detection system 5, and passing through the x-ray source 2.
  • refraction is meant the deviation from the z axis of the rays, due to the local variations in refractive index encountered by them when passing through the sample E.
  • a reference beam F is shown schematically as a full train, which is not refracted.
  • a beam F 'refracted following passage through the sample E is shown diagrammatically in broken lines.
  • the X-ray detection system 5 detects the refracted beam F ', which has passed through the spatial intensity modulator 3 then the sample E, and transforms it into a second electrical signal S eiec-ech .
  • the electronic processing unit 6 is used to receive the second electrical signal S éiec ech and process it so as to generate a second image ch (x, y).
  • An example of a second image ch (x, y) is image (b) in Figure 2.
  • the electronic processing unit 6 can generate at least one characteristic image of the sample E.
  • the X-ray imaging device 1 is a speckle imaging device (in English Speckle).
  • the speckle imaging devices use spatial modulation of the intensity of a beam of rays passing through a spatial intensity modulator in order to image a sample placed downstream of the spatial intensity modulator
  • the spatial intensity modulator can be in the form of a random object 181 1121. Traditional examples of random objects are sandpaper, biological filters, silica, or steel wool.
  • the electronic processing unit 6 can generate at least one characteristic image of the sample E from the difference between a first image L ef (x, y) and a second image ch (x, y).
  • the image resulting from the subtraction Lch (x, y) - Léf (x, y) represents a direct measure of the refraction of the sample.
  • an intensity modulation is present only in the places of the image where the sample E is present.
  • An example of such an image ch (x, y) - L ef (x, y) is illustrated in Figure 5 (c) which will be described later.
  • the image resulting from the subtraction L ch (x, y) - L ef (x, y) can in fact be subsequently processed by the electronic processing unit 6 to obtain one or more final images of the phase of l 'sample, by phase reconstruction methods (in English "phase retrieval").
  • UMPA unified modulated pattern analysis
  • the electronic processing unit 6 can generate at least one characteristic image of the sample E as a function of the phase gradient of the refracted X-ray beam F 'received by the detection system 5 in the second device configuration (1).
  • Images (d) and (e) in FIG. 5 are the images of the phase gradient of the X-ray beam F ′ refracted by the sample E along the horizontal x and vertical y directions.
  • the images of the phase gradient along the horizontal x and vertical y directions can then be processed by the electronic processing unit 6 to obtain one or more final images of the phase of the sample, for example by digital processing methods based on the principle of conservation of flow. An example of these methods is the technique called "optical flow" [171 .
  • the spatial intensity modulator 3 has an average roughness, defined by the difference between the maximum thickness and the minimum thickness of the spatial intensity modulator.
  • the average roughness is chosen so as to be between two and twenty times the size of the pixels of the first image L ef (x, y), in order to optimize the quality of the characteristic image of the sample E.
  • the size of the pixels of the first image L ef (x, y) is equal to the product of the size of the photo-detector elements 5a of the X-ray detection system 5 and the ratio D / d.
  • the X-ray imaging device 1 is a device requiring little equipment and easy to use.
  • Figures 3 and 4 show several photographs of spatial intensity modulators 3 that can be used in an X-ray imaging device 1 according to the invention, according to two embodiments of the modulators.
  • FIG. 3 shows several photographs of spatial intensity modulators 3 according to a first embodiment. These intensity 3 spatial modulators were designed using metal powders placed on PMMA plates. Photograph (a) shows a spatial intensity modulator 3 made from 90 micron average particle size iron powder. This spatial intensity modulator thus has an average roughness of 90 microns. Photograph (b) shows an intensity 3 spatial modulator made from copper powder with an average particle size of 300 microns. This spatial intensity modulator thus has an average roughness of 300 microns. Photograph (c) shows a spatial intensity modulator 3 made from copper powder with an average particle size of 36 microns. This spatial intensity modulator thus has an average roughness of 36 microns. Thus, from a powder of given average particle size, it is possible to manufacture a spatial intensity modulator according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows photographs of spatial intensity modulators 3 according to a second embodiment.
  • These intensity 3 spatial modulators were manufactured by three-dimensional printing of materials marketed under the names PLA®, CopperFill® and BronzeFill® by the company Colorfabb.
  • the geometric profile of these spatial intensity modulators 3 was modeled by generating, for each of the spatial intensity modulators 3, an image in gray levels, the gray level representing the thickness in microns of the spatial intensity modulator 3.
  • the grayscale images were obtained by generating a noise defined by an average value and a standard deviation (also called dispersion).
  • the mean value and standard deviation are 300 microns and 150microns.
  • the average roughness is 300 microns.
  • the mean and standard deviation are 500 microns and 250 microns.
  • the average roughness is 250 microns.
  • intensity 3 spatial modulator manufacturing methods thus make it possible to manufacture a wide range of intensity 3 spatial modulators, making it possible to adapt them to a wide variety of imaging devices. by X-rays 1 according to the invention.
  • the geometric characteristics of spatial intensity modulators for example, the average particle size of a powder, or the average value and standard deviation of the noise of a grayscale image used in the model of the geometric profile d 'a spatial intensity modulator 3, are determined by the type of sources used and the desired image resolution.
  • These methods of manufacturing spatial intensity modulators 3 which can be used within the scope of the invention are only examples and other methods can be considered, such as abrasion or molding.
  • EXAMPLE 2 Two-dimensional image of a fly
  • a first embodiment of the X-ray imaging method according to the invention which is a two-dimensional imaging method, is used to image a sample consisting of a fly.
  • the X-ray source 2 used is a source for X-ray microtomography sold under the name EasyTom XL® by the company Rx Solutions.
  • the spatial intensity modulator 3 used consists of a copper powder with an average particle size of 45 microns placed between two plates of PMMA. The average roughness of this modulator is 45 microns.
  • the X-ray source 2 illuminates the sample supported by a sample holder 4.
  • An X-ray detection system 5 coupled to an electronic processing unit 6 makes it possible to generate a first image l ref (x, y) in the image.
  • the X-ray detection system 5 is placed at a distance D equal to 560 mm from the source of X-ray 2.
  • Sample E is placed at a distance d equal to 27mm from the X-ray source.
  • the photo-detector elements 5a of the X-ray detection system 5 are square in shape and have a physical size of 127 ⁇ m.
  • the X-ray detection system 5 coupled to the electronic processing unit 6 then makes it possible to generate a second image L ch (x, y) obtained in the second configuration of the X-ray imaging device 1, in which the latter ci comprises the sample to be observed E.
  • the average roughness of the spatial intensity modulator 3 is in this case equal to 7.3 times the size of the pixels of the first image Lf (x, y).
  • FIG. 5 shows a series of images obtained according to this first embodiment of the X-ray imaging method according to the invention.
  • Images (a) and (b) respectively illustrate the image L éf (x, y) and the image L ch (x, y).
  • Image (c) illustrates the difference between image L ef (x, y) and image L ch (x, y).
  • Images (d) and (e) illustrate the gradient of the differential phase of the X-ray beam 'refracted by the sample E in two directions orthogonal to each other and parallel to a plane perpendicular to the main direction of the X-rays.
  • image (f) represents an image of the phase of sample E, reconstructed by processing, by the processing unit 6, of images (d) and (e) of the gradient of the differential phase.
  • Figure 6 shows a comparison between an image (a) of the same sample E (fly) obtained by phase contrast with an X-ray imaging device using a synchrotron type X-ray source and sandpaper as a spatial intensity modulator, and an image (b) of the phase of the X-ray beam 'refracted by the sample E, obtained with the X-ray imaging device 1 according to the invention described above.
  • the image (b) was corrected by a magnification factor, in order to compare the images (a) and (b) with a similar size of the sample E.
  • a synchrotron-type source is a powerful source of X-rays produced by electrons of high energy accelerated by electromagnetic waves and circulating in a storage ring.
  • the contrast of image (b) is higher than that of image (a).
  • EXAMPLE 3 Two-dimensional image of a finger
  • the first embodiment of the imaging method according to the invention which is a two-dimensional imaging method, is used to image a sample consisting of a finger.
  • the X-ray imaging device 1 here comprises an X-ray source 2 of the source type for a moving hoop marketed under the name Arcadis Avantic® by the company Siemens, as well as a spatial modulator of intensity consisting of a 3D printed membrane based on the material sold under the name PLA® by the company Colorfabb.
  • the average roughness of this modulator is 80 microns.
  • the X-ray detection system 5 is placed at a distance D equal to 100cm from the X-ray source 2.
  • the sample E is placed at a distance d equal to 32cm from the X-ray source.
  • the photo-detector elements 5a of the x-ray detection system 5 are square in shape and have a size of 225 microns.
  • the average roughness of the spatial intensity modulator 3 is in this case equal to 1, 1 times the size of the pixels of the first image Léf (x, y).
  • FIG. 7 shows a series of images of a sample E consisting of a finger which can be obtained with the imaging device described above.
  • the image (a) is an image of the refraction in the horizontal direction x, which is proportional to the gradient of the phase of the X-ray beam 'refracted by the sample E in this direction, in a plane perpendicular to the principal direction rays coming from the X-ray source 2.
  • Image (b) is an image of the refraction in the vertical direction y, which is proportional to the gradient of the phase of the X-ray beam 'refracted by the sample E in this direction, in a plane perpendicular to the main direction of the rays coming from the X-ray source 2.
  • the image (c) is an image of the phase of the X-ray beam 'F' refracted by the sample E, calculated by integration digital images (a) and (b).
  • Image (d) shows, for comparison, a conventional x-ray of the finger.
  • a conventional radiograph is a photograph of one or more anatomical structures resulting from exposure to an X-ray beam of this or these anatomical structures without a spatial intensity modulator, where the black areas correspond to air and the areas white correspond to bony structures. It can be observed that the quality of the image (c) is at least as good as that of the image (d), with in particular a better contrast and an absence of diffusion cone on the right part of the image, while using a conventional x-ray source.
  • EXAMPLE 4 Three-dimensional image of a fly
  • the second embodiment of the imaging method according to the invention is implemented, which is a three-dimensional imaging method, to image the sample E consisting of the fly of Example 2 .
  • the equipment used corresponds to that used to obtain the images in FIG. 5, with an X-ray source 2 as an X-ray microtomography source marketed under the name EasyTom XL® by the company Rx Solutions and for spatial intensity modulator 3 a spatial intensity modulator made of copper powder with an average particle size of 45 microns. The average roughness of this spatial intensity modulator is 45 microns.
  • the sample support 4 E is mounted to rotate about an axis of rotation orthogonal to the main direction of the X-rays coming from the X-ray source 2.
  • the X-ray detection system 5 is placed at a distance D equal to 530mm of the X-ray source 2.
  • the sample E is placed at a distance d equal to 25mm from the X-ray source.
  • the photo-detector elements 5a of the X-ray detection system 5 are square in shape and have a size from 127pm.
  • the average roughness of the spatial intensity modulator 3 is in this case equal to 7.5 times the size of the pixels of the first image L ef (x, y).
  • the sample support 4 E is placed in different positions, by successive rotations relative to the X-ray source 2.
  • a two-dimensional image of the sample E is recorded by the detection system 5 for each defined position of the support 4.
  • the set of two-dimensional images of the fly makes it possible to reconstruct a three-dimensional rendering of the fly.
  • image (a) represents a conventional radiography of sample E obtained with a conventional X-ray source of the source type for X-ray microtomography, without the use of a spatial intensity modulator.
  • image (b) represents a two-dimensional image of the same fly obtained according to the second embodiment of the X-ray imaging method according to the invention, with the same relative position of the sample E with respect to the source of X-ray 2 used only for image (a).
  • Image (b) has much less noise than image (a) and is much more contrasted.
  • the image (c) is a volume rendering image of the sample E obtained with the second embodiment of the X-ray imaging method according to the invention and by combining the various two-dimensional images corresponding to each of the positions of the support 4 which were obtained by rotation.
  • a volume render image is a two-dimensional projection of a series of three-dimensional data.
  • the third embodiment of the imaging method according to the invention is used to characterize the elasticity of a sample E consisting of an assembly formed by a latex glove, polystyrene and a wire rope.
  • the X-ray source 2 is here a synchrotron type source.
  • the spatial intensity modulator 3 is made of copper powder with an average particle size of 45 ⁇ m. The average roughness of this spatial intensity modulator is 45 microns.
  • the X-ray detection system 5 is placed at a distance D equal to 156 m from the X-ray source 2.
  • the sample E is placed at a distance d equal to 145 m from the X-ray source.
  • the photo-detector elements 5a of the x-ray detection system 5 are square in shape and have a size of 23 microns.
  • the average roughness of the spatial intensity modulator 3 is in this case equal to 2.1 times the size of the pixels of the first image l ref (x, y).
  • a sound wave of frequency 100 and 250 Hz, playing the role of the excitation wave, is triggered during a time interval T 1 min. This sets the sample E in motion.
  • the temporal monitoring of the speckles generated by the spatial intensity modulator 3 then makes it possible to reconstitute the field of the maximum displacement at any point of the sample E.
  • l image (a) shows an image of the projection of sample E at time t captured in 2 ms.
  • Image (b) illustrates the maximum displacement of each point of sample E.
  • Image (c) illustrates the value of the Young's modulus of each point in sample E.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'imagerie par rayons X présentant une architecture simplifiée et pouvant être adaptée facilement aux sources à rayons X conventionnelles, ainsi qu'un procédé d'imagerie associé à ce dispositif d'imagerie.

Description

DISPOSITIF D’IMAGERIE PAR RAYONS X ET PROCÉDÉ
D’IMAGERIE ASSOCIÉ
Description
[1 ] |La présente invention concerne de manière générale un dispositif d’imagerie par rayons X utilisant une architecture simplifiée, le dispositif pouvant être appliqué principalement au domaine de l’imagerie médicale, mais également à celui de l’imagerie X de caractérisation de matériaux, ou au domaine de la sécurité (par exemple pour la vérification de bagages dans les aéroports).
[2] L’imagerie en contraste de phase révolutionne l’imagerie X depuis une vingtaine d’années et permet de créer des contrastes dans des matériaux, réputés transparents aux rayons X, en mesurant le changement de phase des rayons X, du fait de la réfraction des rayons X lors de la traversée de l'échantillon111 121 [3]. Cette technique utilise en effet les informations concernant les changements de la phase d’un faisceau de rayons X qui traverse un objet, dans le but d’obtenir une image de cet objet.
[3] A la différence des techniques d’imagerie par rayons X classiques, qui mesurent l’atténuation de l’intensité du faisceau de rayons X, l’imagerie en contraste de phase mesure, de manière indirecte, le déphasage causé par l’échantillon, celui-ci étant transformé en variation d’intensité mesurable par un détecteur de rayons X. Ce type d’imagerie est largement utilisé avec des sources synchrotrons[41 [51 [61 [71.
[4] Parmi les sources de rayons X traditionnelles, on connaît notamment les sources pour micro-tomographie assistée par ordinateur, par exemple de type nanoFoyer ou microFoyer, les sources pour appareil de type amplificateur de brillance, les sources pour appareil de type mammographie, et les sources de type radiographie, et les sources de tomodensitométrie. L’intérêt des sources de rayons X traditionnelles par rapport à des sources telle qu’une source synchrotron réside dans leur coût, moins onéreux, leur taille, plus compacte et leur plus grande facilité de manipulation.
[5] On connaît différents dispositifs d’imagerie par rayons X en contraste de phase utilisant ces sources conventionnelles de rayons X[13] 1141 [151. Cependant, ces dispositifs sont complexes, requièrent des sources de rayons X à forte cohérence spatiale, ou encore impliquent des doses de rayonnement importantes pour la formation des images. En particulier, ils demandent une grande stabilité mécanique, qui s’effectue au détriment de la largeur du champ de vue ou du niveau de résolution des images obtenues. [6] Il existe donc un besoin de disposer de dispositifs d’imagerie par rayons X en contraste de phase faciles à mettre en oeuvre et pouvant utiliser comme sources de rayons X des sources conventionnelles.
[7] Le problème technique que se propose de résoudre l’invention est ainsi à la fois de simplifier la mise en oeuvre technique de l’imagerie par rayons X en contraste de phase, et de la rendre plus flexible, par la possibilité d’utiliser une gamme plus large de sources à rayons X, incluant des sources conventionnelles.
[8] Afin de résoudre ce problème tout en palliant les inconvénients cités précédemment, le demandeur a mis au point un dispositif d’imagerie par rayons X, notamment en contraste de phase, comprenant :
- une source de rayons X,
- un modulateur spatial d’intensité, présentant une épaisseur maximale et une épaisseur minimale, apte à être traversé par un faisceau de rayons X issus de la source de rayons X, et à former un faisceau de rayons X modulé spatialement en intensité,
- un support d’échantillon, apte à supporter un échantillon, ledit échantillon étant destiné à être traversé par au moins une partie dudit faisceau de rayons X modulé spatialement en intensité et transmettant un faisceau de rayons X réfracté modulé spatialement en intensité, l’échantillon, lorsqu’il est sur ledit support, étant situé à une distance d de la source de rayons X,
- un système de détection de rayons X, situé à une distance D de la source de rayons X, et comprenant un capteur bidimensionnel de rayons X muni d’une pluralité d’éléments photo-détecteurs, présentant chacun une même taille donnée, ledit système de détection étant apte, dans une première configuration du dispositif dans laquelle le dispositif ne comprend pas d’échantillon, à détecter un premier faisceau de rayons X issu
directement du modulateur spatial d’intensité, ledit premier faisceau de rayons X issu directement du modulateur spatial d’intensité présentant une première modulation d’intensité, et à transformer ledit premier faisceau en un premier signal électrique, et, dans une deuxième configuration du dispositif dans laquelle un échantillon est disposé sur le support d’échantillon, à détecter un deuxième faisceau de rayons X, traversant le modulateur spatial d’intensité puis l’échantillon, ledit deuxième faisceau de rayons X réfracté par l’échantillon présentant une deuxième modulation d’intensité, et à le transformer ledit deuxième faisceau en un deuxième signal électrique,
- une unité de traitement électronique, apte à recevoir le premier signal électrique et à le traiter de manière à générer une première image comprenant une pluralité de pixels, présentant chacun une même taille donnée, et à recevoir le deuxième signal électrique et à le traiter de manière à générer une deuxième image, et apte à générer, à partir de ladite première image et de ladite deuxième image, au moins une image caractéristique dudit échantillon,
ledit dispositif d’imagerie étant caractérisé en ce que la différence entre l’épaisseur maximale et l’épaisseur minimale du modulateur spatial d’intensité, appelée rugosité moyenne, est comprise entre deux et vingt fois la taille des pixels de la première image, ladite taille étant égale au produit de la taille des éléments photo-détecteurs par le rapport d/D.
[9] Le choix spécifique de la rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité permet d’ajuster, dans la première image, la première modulation d’intensité du premier faisceau de rayons X issu directement du modulateur spatial d’intensité. Ainsi, ce choix permet d’optimiser la qualité de ladite au moins une image caractéristique dudit échantillon.
[10] De préférence, la rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité est comprise entre deux et quinze fois la taille des pixels de la première image.
[11] De préférence encore, la rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité est comprise entre deux et dix fois la taille des pixels de la première image.
[12] De préférence encore, la rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité est comprise entre trois et sept fois la taille des pixels de la première image.
[13] Dans le cas où la rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité est inférieure à deux fois la taille des pixels de la première image, l’inconvénient est qu’il est difficile de distinguer dans la première et la deuxième image la modulation d’intensité du faisceau de rayons X du bruit photonique inhérent au premier et au deuxième faisceau de rayons X.
[14] Dans le cas où la rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité est supérieure à vingt fois la taille des pixels de la première image, l’inconvénient est que ladite au moins une image caractéristique dudit échantillon présente une mauvaise résolution.
[15] Les éléments photo-détecteurs peuvent être de même forme carrée et présentent chacun une même taille donnée égale à la longueur du côté de la forme carrée.
[16] Les éléments photo-détecteurs peuvent être de même forme rectangulaire et présenter chacun une même taille donnée égale à la longueur de la forme rectangulaire.
[17] Les éléments photo-détecteurs peuvent être de même forme hexagonale et présenter chacun une même taille donnée égale à la distance séparant deux sommets de la forme hexagonale diamétralement opposés. [18] Avantageusement, l’unité de traitement électronique est apte à générer ladite au moins une image caractéristique dudit échantillon, à partir de la différence entre ladite première image et ladite deuxième image.
[19] L’unité de traitement électronique peut être apte à générer ladite au moins une image caractéristique dudit échantillon en fonction du gradient de la phase du faisceau de rayons X réfracté reçu par le système de détection de rayons X dans la deuxième configuration du dispositif.
[20] Préférentiellement, le modulateur spatial d’intensité comprend un élément choisi parmi un métal, un métalloïde, un élément léger et leurs mélanges, le numéro atomique dudit élément étant compris entre 13 et 80.
[21 ] Plus particulièrement, l’élément du modulateur spatial d’intensité peut être choisi parmi l’aluminium, le silicium, le fer, le cuivre, le titane, le nickel, l’argent, l’étain, l’or, et leurs mélanges.
[22] Dans un mode de réalisation de l’invention, le modulateur spatial d’intensité comprend de la poudre et/ou des particules.
[23] Dans un autre mode de réalisation de l’invention, le modulateur spatial d’intensité est fabriqué par impression tridimensionnelle, abrasion, ou moulage.
[24] Avantageusement, la source de rayons X présente une énergie comprise entre 10 et 300 keV. Cette énergie peut être obtenue par l’utilisation d’un tube radiogène apte à accélérer des électrons entre deux électrodes présentant un pic de différence de potentiel compris entre 10 et 300 kVp.
[25] Préférentiellement, la source de rayons X présente une énergie comprise entre 20 et 300 keV.
[26] Préférentiellement encore, la source de rayons X présente une énergie comprise entre 20 et 180 keV.
[27] Préférentiellement encore, la source de rayons X présente une énergie comprise entre 20 et 120 keV.
[28] Préférentiellement encore, la source de rayons X présente une énergie comprise entre 15 et 120 keV.
[29] Avantageusement, la source de rayons X est choisie parmi une source pour micro tomographie assistée par ordinateur, par exemple de type nanoFoyer ou microFoyer, une source pour appareil de type amplificateur de brillance, une source pour appareil de type mammographie, et une source de type radiographie. [30] Avantageusement, le matériau du modulateur spatial d’intensité peut être choisi en fonction de l’énergie des rayons X émis par la source de rayons X.
[31] En particulier, le matériau du modulateur spatial d’intensité peut être choisi de sorte que sa visibilité, égale au rapport de l’écart-type de la répartition des intensités des pixels de la première image Léf(x,y) sur la moyenne des intensités des pixels de la première image Léf(x,y), soit comprise entre 0,02 et 0,30.
[32] Préférentiellement, le matériau du modulateur spatial d’intensité est choisi de sorte que sa visibilité soit comprise entre 0,05 et 0,20.
[33] Dans le cas où la visibilité du modulateur spatial d’intensité est supérieure à 0,30, l’inconvénient est que l’image caractéristique de l’échantillon (E) présente une dynamique diminuée.
[34] Dans le cas où la source de rayons X présente une énergie comprise entre 15 et 40 keV, le matériau du modulateur spatial d’intensité peut être choisi parmi le silicium, le titane et l’aluminium.
[35] Dans le cas où la source de rayons X présente une énergie comprise entre 40 et 100 keV, le matériau du modulateur spatial d’intensité peut être choisi parmi le cuivre, le fer, le cobalt et le nickel.
[36] Dans le cas où la source de rayons X présente une énergie comprise entre 100 et 120 keV, le matériau du modulateur spatial d’intensité peut être choisi parmi l’argent, le zinc, l’étain et le molybdène.
[37] Dans le cas où la source de rayons X présente une énergie supérieure à 120 keV, le matériau du modulateur spatial d’intensité peut être choisi parmi l’or et le tungstène.
[38] L’avantage sous-jacent du choix du matériau formant le modulateur spatial d’intensité est de permettre l’utilisation de sources de rayons X de différentes énergies, notamment des énergies élevées, qu’il est actuellement difficile d’utiliser, et une large gamme de résolutions d’image.
[39] Avantageusement, il est possible de disposer plusieurs modulateurs spatiaux d’intensité consécutivement dans la direction de propagation du faisceau de rayons X issu de la source de rayons X.
[40] Dans un premier mode de réalisation, le support d’échantillon est monté à rotation selon un axe de rotation orthogonal à la direction principale du faisceau de rayons X issus de la source de rayons X, pour permettre la rotation de l’échantillon autour de la source de rayons X. [41] Dans un deuxième mode de réalisation, l’ensemble formé par la source de rayons X et le système de détection de rayons X est monté à rotation autour du support d’échantillon, pour permettre la rotation de l’ensemble formé par la source de rayons X et le système de détection de rayons X est monté à rotation autour de l’échantillon.
[42] La présente invention a également pour objet un procédé d’imagerie par rayons X, mettant en oeuvre un dispositif d’imagerie par rayons X tel que décrit précédemment.
[43] Dans un premier mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, celui-ci est un procédé d’imagerie bidimensionnelle, comprenant les étapes suivantes :
al exposer le modulateur spatial d’intensité à un faisceau de rayons X issus de la source de rayons X,
b / dans la première configuration du dispositif, détecter et transformer le premier faisceau de rayons X en un premier signal électrique,
c / recevoir et traiter, par l’unité de traitement électronique, le premier signal électrique, de manière à générer au moins une première image,
d / dans la deuxième configuration du dispositif, détecter et transformer le deuxième faisceau de rayons X en un deuxième signal électrique,
e/ recevoir et traiter, par l’unité de traitement électronique, le deuxième signal électrique, de manière à générer au moins une deuxième image,
f/ générer, par l’unité de traitement électronique, à partir de ladite au moins une première image et de ladite au moins une deuxième image, au moins une image choisie parmi une image de transmission, une image du gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale du faisceau de rayons X issu de la source de rayons X, une image de la phase, et une image de la diffusion de l’échantillon.
[44] Dans un deuxième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, dans le cas où le support d’échantillon est monté à rotation selon un axe de rotation
orthogonal à la direction principale des rayons X issus de la source de rayons X, ou dans le cas où l’ensemble formé par la source de rayons X et le système de détection de rayons X est monté à rotation autour du support d’échantillon, le procédé d’imagerie est un procédé d’imagerie tridimensionnelle, comprenant les étapes suivantes :
a / exposer le modulateur spatial d’intensité à un faisceau de rayons X issus de la source de rayons X,
b / dans la première configuration du dispositif, détecter et transformer le premier faisceau de rayons X en un premier signal électrique,
c / recevoir et traiter, par l’unité électronique, le premier signal électrique, de manière à générer au moins une première image, d / dans la deuxième configuration du dispositif, dans le cas où soit le support d’échantillon est monté à rotation selon un axe de rotation orthogonal à la direction principale du faisceau de rayons X issus de la source de rayons X, soit l’ensemble formé par la source de rayons X et le système de détection de rayons X est monté à rotation autour du support d’échantillon, détecter le deuxième faisceau de rayons X et le transformer en un deuxième signal électrique, pour N positions données (1 , ...N), les N positions données étant soit des positions de l’échantillon, correspondant chacune à une rotation donnée du support d’échantillon, soit des positions de l’ensemble formé par la source de rayons X et le système de détection de rayons X,
e/ recevoir et traiter, par l’unité de traitement électronique, pour chacune des N positions, le deuxième signal électrique, de manière à générer pour chacune des N positions au moins une deuxième image,
f/ générer, par l’unité de traitement électronique, à partir de ladite au moins une première image et de toutes les deuxièmes images, au moins une image choisie parmi une image de transmission tridimensionnelle, une image tridimensionnelle du gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale des rayons X issus de la source de rayons X, une image tridimensionnelle de la phase, et une image tridimensionnelle de la diffusion de l’échantillon.
[45] Avantageusement, une pluralité de premières images et une pluralité de deuxièmes images sont générées et combinées pour générer par l’unité de traitement électronique au moins une image bidimensionnelle ou tridimensionnelle choisie parmi une image de transmission, une image du gradient de phase dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale du faisceau de rayons X issus de la source de rayons X, une image de la phase, et une image de la diffusion de l’échantillon.
[46] Dans un troisième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, celui- ci est un procédé de suivi temporel de structures contenues dans un échantillon, durant un intervalle de temps T, comprenant les étapes suivantes :
al exposer le modulateur spatial d’intensité à un faisceau de rayons X issu de la source de rayons X,
b / dans la première configuration du dispositif, détecter et transformer le premier faisceau de rayons X en un premier signal électrique,
c / recevoir et traiter, par l’unité de traitement électronique, le premier signal électrique, de manière à générer au moins une première image,
d / détecter, pour une pluralité de N instants ti, i étant un nombre entier compris entre 1 et N, contenus dans l’intervalle de temps T, et transformer le deuxième faisceau de rayons X en une pluralité de N deuxièmes signaux électriques,
e/ recevoir et traiter, par l’unité de traitement électronique, les N deuxièmes signaux électriques, de manière à générer N deuxièmes images,
f/ générer, par l’unité de traitement électronique, à partir de ladite au moins une première image et des N deuxièmes images, une séquence de N images successives, lesdites N images successives étant des images de transmission, des images de gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan
perpendiculaire à la direction principale des rayons X issus de la source de rayons X, des images de la phase, ou des images de la diffusion de l’échantillon.
[47] Avantageusement, pour ce troisième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, une pluralité de premières images et une pluralité de deuxièmes images sont générées et combinées pour générer par l’unité de traitement électronique au moins une séquence de N images successives, lesdites N images successives étant des images de transmission, des images de gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale des rayons X issus de la source de rayons X, des images de la phase, ou des images de la diffusion de l’échantillon.
[48] Dans ce troisième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, celui- ci peut comprendre en outre une étape de traitement des au moins une séquence de N images successives pour obtenir des données élastographiques des structures de l’échantillon.
[49] L’avantage général de l’invention est de simplifier un dispositif d’imagerie par rayons X, ainsi que le processus d’imagerie associé, par le recours à des sources de rayons X conventionnelles et à un matériel facile à fabriquer et à mettre en oeuvre, notamment à des modulateurs spatiaux d’intensité optimisés. Ainsi, grâce au choix spécifique de la rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité, il est permis de mettre en oeuvre dans le dispositif une grande variété sources de rayons X conventionnelles, en particulier à des énergies élevées, et d’obtenir une large gamme de résolutions des images obtenues. Il est permis, en particulier, d’améliorer le niveau de détail visibles sur les images obtenues par le dispositif, avec des sources conventionnelles de rayons X. Grâce à l’invention, il est possible de mettre en oeuvre un procédé d’imagerie à contraste de phase utilisant des sources conventionnelles et d’augmenter le contraste de l’image obtenue. Les aspects simple, peu coûteux, et adaptable aux sources de laboratoire de l’invention en permettent une utilisation courante. La mise en oeuvre du dispositif avec des sources de rayons X médicales rend ainsi possible l’imagerie tridimensionnelle de patients. [50] D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées :
[51] - La figure 1 illustre de manière schématique un dispositif d’imagerie par rayons X selon l’invention dans une première et une deuxième configuration.
- La figure 2 montre deux images pouvant être obtenues avec respectivement la première et la deuxième configuration du dispositif selon l’invention.
- La figure 3 montre différentes photographies en vue de dessus d’un premier type de modulateurs spatiaux d’intensité pouvant être utilisé dans le dispositif selon l’invention.
- La figure 4 montre différentes photographies en vue de dessus d’un deuxième type de modulateurs spatiaux d’intensité pouvant être utilisé dans le dispositif selon l’invention.
- La figure 5 montre une série d’images obtenues selon un premier mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, avec un premier type de modulateur spatial d’intensité.
- La figure 6 montre deux images d’un même échantillon obtenues avec deux couples source de rayons X-modulateur spatial d’intensité différents.
- La figure 7 montre différentes images d’un doigt obtenues selon un premier mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, avec un deuxième type de modulateur spatial d’intensité, et une radiographie conventionnel du doigt.
- La figure 8 montre une radiographie conventionnelle obtenue par tomographie assistée par ordinateur d’un échantillon, une image bidimensionnelle du même échantillon obtenue avec un deuxième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, avec un premier type de modulateur spatial d’intensité, et une image de rendu de volume du même échantillon obtenu selon un deuxième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention.
- La figure 9 montre une série d’images d’un échantillon composé d’un gant en latex, d’un échantillon de polystyrène et d’un fil métallique, obtenues selon un troisième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, avec une application à
l’élastographie.
[52] La figure 1 illustre de manière schématique un dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention dans deux configurations différentes, sans échantillon à imager, tel que représenté sur la partie (a) de la figure 1 , et avec un échantillon E à imager, tel que représenté sur la partie (b) de la figure 1. [53] Dans une première configuration (a) du dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention, sans échantillon E à imager, une source de rayons X 2 illumine un modulateur spatial d’intensité 3. Par modulateur spatial d’intensité, on entend un objet de forme sensiblement plane, et présentant une épaisseur, permettant, par sa structure spatiale, de moduler spatialement l’intensité d’un faisceau de rayons X F qui le traverse. Après avoir traversé le modulateur spatial d’intensité 3, le faisceau de rayons X F présente une modulation spatiale d’intensité. Un système de détection 5 de rayons X, situé derrière le modulateur spatial d’intensité 3, et à une distance D de la source de rayons X 2, vient détecter ce faisceau de rayons X F issu directement du modulateur spatial d’intensité 3, et transforme ce premier faisceau en un premier signal électrique Séiec-réf. La distance D est mesurée le long de l’axe orthogonal au modulateur spatial d’intensité 3 et au système de détection 5 de rayons X et passant par la source de rayons X 2. Par ailleurs, le système de détection 5 de rayons X comprend un capteur bidimensionnel de rayons X muni d’une pluralité d’éléments photo-détecteurs 5a, présentant chacun une même taille donnée, chacun des éléments photo-détecteurs 5a recevant une portion du faisceau de rayons X F. Chacun des éléments photo-détecteurs 5a peut être de forme carrée ou rectangulaire, la taille de l’élément photo-détecteur 5a désignant soit la longueur du côté du carré, soit l’une ou l’autre de la longueur ou de la largeur du rectangle. Une unité de traitement électronique 6 est utilisée pour recevoir le premier signal électrique Séiec-réf et le traiter de manière à générer une première image Léf(x,y) comprenant une pluralité de pixels, présentant chacun une même taille donnée. Un exemple de première image Léf(x,y) est présenté sur l’image (a) de la figure 2.
[54] Dans une deuxième configuration (b) du dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention, un échantillon E à imager est positionné sur un support d’échantillon 4, positionné en aval du modulateur spatial d’intensité 3, à une distance d de la source de rayons X 2. La distance d est mesurée le long de l’axe z orthogonal au modulateur spatial d’intensité 3 et au système de détection 5 de rayons X, et passant par la source de rayons X 2. Lorsque la source de rayons X 2 illumine le modulateur spatial d’intensité 3, au moins une partie du faisceau de rayons X F modulé spatialement en intensité issu du modulateur spatial d’intensité 3 traverse l’échantillon E. Celui-ci réfracte un faisceau de rayons X F’ modulé spatialement en intensité, de modulation différente par rapport au premierfaisceau de rayons X F directement issu du modulateur spatial d’intensité 3, du fait de la réfraction qu’il induit sur ce premier faisceau. Par réfraction, on entend la déviation par rapport à l’axe z des rayons, du fait des variations locales d’indice de réfraction rencontrés par ceux- ci en traversant l’échantillon E. Sur la partie (a) de la figure 1 , illustrant la première configuration du dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention, sans échantillon E, un faisceau de référence F est schématisé en train plein, qui n’est pas réfracté. Sur la partie (b) de la figure 1 , illustrant la deuxième configuration du dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention, avec un échantillon E à imager, un faisceau F’ réfracté à la suite du passage à travers l’échantillon E est schématisé en trait discontinu.
[55] Comme dans la première configuration du dispositif 1 , le système de détection 5 de rayons X vient détecter le faisceau réfracté F’, qui a traversé le modulateur spatial d’intensité 3 puis l’échantillon E, et le transforme en un deuxième signal électrique Séiec-éch. L’unité de traitement électronique 6 est utilisée pour recevoir le deuxième signal électrique Séiec éch et le traiter de manière à générer une deuxième image ch(x,y). Un exemple de deuxième image ch(x,y) est l’image (b) de la figure 2.
[56] A partir d’une première image Léf(x,y) obtenue dans la première configuration, sans échantillon E à imager, et d’une deuxième image ch(x,y dans la deuxième configuration, avec un échantillon E à imager, l’unité de traitement électronique 6 peut générer au moins une image caractéristique de l’échantillon E. En ce sens, le dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention est un dispositif d’imagerie par tavelures (en anglais « speckle »). Les dispositifs d’imagerie par tavelures mettent en oeuvre une modulation spatiale de l’intensité d’un faisceau de rayons traversant un modulateur spatial d’intensité afin d’imager un échantillon placé en aval du modulateur spatial d’intensité. Le modulateur spatial d’intensité peut se présenter sous la forme d’un objet aléatoire181 1121. Des exemples traditionnels d’objets aléatoires sont du papier de verre, des filtres biologiques, de la silice ou de la paille de fer.
[57] L’unité de traitement électronique 6 peut générer au moins une image caractéristique de l’échantillon E à partir de la différence entre une première image Léf(x,y) et une deuxième image ch(x,y). L’image résultant de la soustraction Lch(x,y) - Léf(x,y) représente une mesure directe de la réfraction de l’échantillon. Dans cette image, une modulation d’intensité est présente uniquement dans les endroits de l’image où l’échantillon E est présent. Un exemple d’une telle image ch(x,y) - Léf(x,y) est illustré à la figure 5 (c) qui sera décrite plus loin. L’image résultant de la soustraction Lch(x,y) - Léf(x,y) peut être en effet traitée par la suite par l’unité de traitement électronique 6 pour obtenir une ou plusieurs images finales de la phase de l’échantillon, par des méthodes de reconstruction de la phase (en anglais « phase retrieval »).
[58] Par exemple, des méthodes de traitement numérique, et basées sur la corrélation d’images (digital image corrélation ou DIC en anglais) peuvent être mises en oeuvre. Le suivi de tavelures (en anglais « X-ray Speckle Vector Tracking (XSVT) », « X-ray- Speckle Scanning (XSS) ») est un exemple de ce type de méthodes. Celles-ci utilisent notamment des techniques de maximisation de corrélation croisée191, ou d’analyse unifiée de motif modulé (en anglais « unified modulated pattern analysis (UMPA) »). En particulier, la technique UMPA se base sur un modèle du motif d’interférence créé par l’échantillon [161.
[59] En particulier, l’unité de traitement électronique 6 peut générer au moins une image caractéristique de l’échantillon E en fonction du gradient de la phase du faisceau de rayons X réfracté F’ reçu par le système de détection 5 dans la deuxième configuration du dispositif (1 ). Les images (d) et (e) de la figure 5 sont les images du gradient de la phase du faisceau de rayons X F’ réfracté par l’échantillon E suivant les directions horizontale x et verticale y. Les images du gradient de la phase suivant les directions horizontale x et verticale y peuvent être ensuite traitées par l’unité de traitement électronique 6 pour obtenir une ou plusieurs images finales de la phase de l’échantillon, par exemple par des méthodes de traitement numérique basées sur le principe de conservation du flux. Un exemple de ces méthodes est la technique nommée « optical flow » [171.
[60] Le modulateur spatial d’intensité 3 présente une rugosité moyenne, définie par la différence entre l’épaisseur maximale et l’épaisseur minimale du modulateur spatial d’intensité. Conformément à l’invention, la rugosité moyenne est choisie de manière à être comprise entre deux et vingt fois la taille des pixels de la première image Léf(x,y), afin d’optimiser la qualité de l’image caractéristique de l’échantillon E. La taille des pixels de la première image Léf(x,y) est égale au produit de la taille des éléments photo-détecteurs 5a du système de détection 5 de rayons X par le rapport D/d.
[61] Ainsi, le dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention est un dispositif nécessitant peu de matériel et simple d’utilisation.
[62] EXEMPLES
[63] EXEMPLE 1 : Fabrication de modulateurs spatiaux d’intensité
[64] Les figures 3 et 4 montrent plusieurs photographies de modulateurs spatiaux d’intensité 3 pouvant être utilisés dans un dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention, selon deux modes de réalisation des modulateurs.
[65] La figure 3 montre plusieurs photographies de modulateurs spatiaux d’intensité 3 selon un premier mode de réalisation. Ces modulateurs spatiaux d’intensité 3 ont été conçus en utilisant des poudres métalliques disposées sur des plaques de PMMA. La photographie (a) montre un modulateur spatial d’intensité 3 fabriqué à partir de poudre de fer de taille moyenne de particule de 90 microns. Ce modulateur spatial d’intensité présente ainsi une rugosité moyenne de 90 microns. La photographie (b) montre un modulateur spatial d’intensité 3 fabriqué à partir de poudre de cuivre de taille moyenne de particule de 300 microns. Ce modulateur spatial d’intensité présente ainsi une rugosité moyenne de 300 microns. La photographie (c) montre un modulateur spatial d’intensité 3 fabriqué à partir de poudre de cuivre de taille moyenne de particule de 36 microns. Ce modulateur spatial d’intensité présente ainsi une rugosité moyenne de 36 microns. Ainsi, à partir d’une poudre de taille moyenne de particule donnée, il est possible de fabriquer un modulateur spatial d’intensité selon un premier mode de réalisation de l’invention.
[66] La figure 4 montre des photographies de modulateurs spatiaux d’intensité 3 selon un deuxième mode de réalisation. Ces modulateurs spatiaux d’intensité 3 ont été fabriqués par impression tridimensionnelle de matériaux commercialisés selon les dénominations PLA®, CopperFill® et BronzeFill® par la société Colorfabb. Le profil géométrique de ces modulateurs spatiaux d’intensité 3 a été modélisé en générant, pour chacun des modulateurs spatiaux d’intensité 3, une image en niveaux de gris, le niveau de gris représentant l’épaisseur en microns du modulateur spatial d’intensité 3. Les images en niveau de gris ont été obtenues en générant un bruit défini par une valeur moyenne et un écart-type (également nommé dispersion). Dans le cas du modulateur spatial d’intensité 3 de l’image (a) de la figure 4, la valeur moyenne et de l’écart-type sont de 300 microns et 150microns. La rugosité moyenne est de 300 microns. Dans le cas du modulateur spatial d’intensité 3 de l’image (b) de la figure 4, la valeur moyenne et de l’écart-type sont de 500 microns et 250 microns. La rugosité moyenne est de 250 microns.
[67] Les méthodes de fabrication de modulateur spatial d’intensité 3 mentionnées ci- dessus rendent ainsi possible de fabriquer une large gamme de modulateurs spatiaux d’intensité 3, permettant d’adapter ceux-ci à une large diversité de dispositifs d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention. Les caractéristiques géométriques des modulateurs spatiaux d’intensité, par exemple, la taille moyenne de particule d’une poudre, ou la valeur moyenne et l’écart-type du bruit d’une image en niveau de gris servant au modèle du profil géométrique d’un modulateur spatial d’intensité 3, sont déterminées par le type de sources utilisées et la résolution d’image recherchée. Ces méthodes de fabrication de modulateurs spatiaux d’intensité 3 pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention ne sont que des exemples et d’autres méthodes peuvent être envisagées, telle que l’abrasion ou le moulage.
[68] EXEMPLE 2 : Image bidimensionnelle d’une mouche
[69] Dans cet exemple, on met en oeuvre un premier mode de réalisation du procédé d’imagerie par rayons X selon l’invention, qui est un procédé d’imagerie bidimensionnelle, pour imager un échantillon constitué d’une mouche. [70] La source de rayons X 2 utilisée est une source pour microtomographie par rayons X commercialisée sous la dénomination EasyTom XL® par la société Rx Solutions. Le modulateur spatial d’intensité 3 utilisé est constitué d’une poudre de cuivre de taille moyenne de particule 45 microns placée entre deux plaques de PMMA. La rugosité moyenne de ce modulateur est de 45 microns. La source de rayons X 2 illumine l’échantillon supporté par un support d’échantillon 4. Un système de détection 5 de rayons X couplé à une unité de traitement électronique 6 permet de générer une première image lréf(x,y) dans la première configuration du dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention, dans laquelle le dispositif 1 ne comporte pas d’échantillon E. Le système de détection 5 de rayons X est placé à une distance D égale à 560mm de la source de rayons X 2. L’échantillon E est placé à une distance d égale à 27mm de la source de rayons X. Les éléments photo-détecteurs 5a du système de détection 5 de rayons X sont de forme carrée et présentent une taille physique de 127pm. Le système de détection 5 de rayons X couplé à l’unité de traitement électronique 6 permet ensuite de générer une deuxième image Lch(x,y) obtenue dans la deuxième configuration du dispositif d’imagerie par rayons X 1 , dans laquelle celui-ci comporte l’échantillon à observer E. La rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité 3 est dans ce cas égale à 7,3 fois la taille des pixels de la première image Léf(x,y).
[71] La figure 5 montre une série d’images obtenues selon ce premier mode de réalisation du procédé d’imagerie par rayons X selon l’invention. Les images (a) et (b) illustrent respectivement l’image Léf(x,y) et l’image Lch(x,y). L’image (c) illustre la différence entre l’image Léf(x,y) et l’image Lch(x,y). Les images (d) et (e) illustrent le gradient de la phase différentielle du faisceau de rayons X F’ réfracté par l’échantillon E dans deux directions orthogonales entre elles et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale des rayons X. L’image (f) représente une image de la phase de l’échantillon E, reconstruite par traitement, par l’unité de traitement 6, des images (d) et (e) du gradient de la phase différentielle.
[72] La figure 6 montre une comparaison entre une image (a) du même échantillon E (mouche) obtenue par contraste de phase avec un dispositif d’imagerie par rayons X utilisant une source de rayons X de type synchrotron et du papier de verre en tant que modulateur spatial d’intensité, et une image (b) de la phase du faisceau de rayons X F’ réfracté par l’échantillon E, obtenue avec le dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention décrit précédemment. L’image (b) a été corrigée d’un facteur de grossissement, afin de comparer à taille similaire de l’échantillon E les images (a) et (b). Une source de type synchrotron est une source puissante de rayons X produits par des électrons de haute énergie accélérés par des ondes électromagnétiques et circulant dans un anneau de stockage. Le contraste de l’image (b) est supérieur à celui de l’image (a).
[73] EXEMPLE 3 : Image bidimensionnelle d’un doigt
[74] Dans cet exemple, on met en oeuvre le premier mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, qui est un procédé d’imagerie bidimensionnelle, pour imager un échantillon constitué d’un doigt.
[75] Le dispositif d’imagerie par rayons X 1 selon l’invention comporte ici une source de rayons X 2 de type source pour arceau mobile commercialisé selon la dénomination Arcadis Avantic® par la société Siemens, ainsi qu’un modulateur spatial d’intensité constitué d’une membrane imprimée en 3D à base du matériau commercialisé selon la dénomination PLA® par la société Colorfabb. La rugosité moyenne de ce modulateur est de 80 microns. Le système de détection 5 de rayons X est placé à une distance D égale à 100cm de la source de rayons X 2. L’échantillon E est placé à une distance d égale à 32cm de la source de rayons X. Les éléments photo-détecteurs 5a du système de détection 5 de rayons X sont de forme carrée et présentent une taille de 225 microns. La rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité 3 est dans ce cas égale à 1 ,1 fois la taille des pixels de la première image Léf(x,y).
[76] La figure 7 montre une série d’images d’un échantillon E constitué d’un doigt pouvant être obtenues avec le dispositif d’imagerie décrit ci-dessus. L’image (a) est une image de la réfraction suivant la direction horizontale x, qui est proportionnelle au gradient de la phase du faisceau de rayons X F’ réfracté par l’échantillon E dans cette direction, dans un plan perpendiculaire à la direction principale des rayons issus de la source de rayons X 2. L’image (b) est une image de la réfraction suivant la direction verticale y, qui est proportionnelle au gradient de la phase du faisceau de rayons X F’ réfracté par l’échantillon E dans cette direction, dans un plan perpendiculaire à la direction principale des rayons issus de la source de rayons X 2. L’image (c) est une image de la phase du faisceau de rayons X F’ réfracté par l’échantillon E, calculée par intégration numérique des images (a) et (b). L’image (d) montre, pour comparaison, une radiographie conventionnelle du doigt. Une radiographie conventionnelle est un cliché d’une ou plusieurs structures anatomiques provenant de l’exposition à un faisceau de rayons X de cette ou ces structures anatomiques sans modulateur spatial d’intensité, où les zones noires correspondent à de l'air et les zones blanches correspondent à des structures osseuses. Il peut être observé que la qualité de l’image (c) est au moins aussi bonne que celle de l’image (d), avec notamment un meilleur contraste et une absence de cône de diffusion sur la partie droite de l’image, tout en utilisant une source de rayons X conventionnelle. [77] EXEMPLE 4 : Image tridimensionnelle d’une mouche
[78] Dans cet exemple, on met en oeuvre le deuxième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention, qui est un procédé d’imagerie tridimensionnelle, pour imager l’échantillon E constitué de la mouche de l’exemple 2.
[79] L’équipement utilisé correspond à celui utilisé pour l’obtention des images de la figure 5, avec pour source de rayons X 2 une source pour microtomographie aux rayons X commercialisée sous la dénomination EasyTom XL® par la société Rx Solutions et pour modulateur spatial d’intensité 3 un modulateur spatial d’intensité constitué de poudre de cuivre de taille moyenne de particule de 45 microns. La rugosité moyenne de ce modulateur spatial d’intensité est de 45 microns. Le support 4 d’échantillon E est monté à rotation selon un axe de rotation orthogonal à la direction principale des rayons X issus de la source de rayons X 2. Le système de détection 5 de rayons X est placé à une distance D égale à 530mm de la source de rayons X 2. L’échantillon E est placé à une distance d égale à 25mm de la source de rayons X. Les éléments photo-détecteurs 5a du système de détection 5 de rayons X sont de forme carrée et présentent une taille de 127pm. La rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité 3 est dans ce cas égale à 7,5 fois la taille des pixels de la première image Léf(x,y).
[80] Le support 4 d’échantillon E est placé dans différentes positions, par rotations successives par rapport à la source de rayons X 2. Une image bidimensionnelle de l’échantillon E est enregistrée par le système de détection 5 pour chaque position définie du support 4. L’ensemble des images bidimensionnelles de la mouche permet de reconstruire un rendu de volume tridimensionnel de la mouche.
[81 ] Sur la figure 8, l’image (a) représente une radiographie conventionnelle de l’échantillon E obtenue avec une source de rayons X conventionnelle de type source pour microtomographie aux rayons X, sans utilisation de modulateur spatial d’intensité. L’image (b) représente une image bidimensionnelle de la même mouche obtenue selon le deuxième mode de réalisation du procédé d’imagerie par rayons X selon l’invention, avec la même position relative de l’échantillon E par rapport à la source de rayons X 2 utilisée que pour l’image (a). L’image (b) présente beaucoup moins de bruit que l’image (a) et est beaucoup plus contrastée. L’image (c) est une image de rendu de volume de l’échantillon E obtenue avec le deuxième mode de réalisation du procédé d’imagerie par rayons X selon l’invention et par combinaison des différentes images bidimensionnelles correspondant à chacune des positions du support 4 qui ont été obtenues par rotation. Une image de rendu de volume est une projection bidimensionnelle d’une série de données tridimensionnelles. [82] EXEMPLE 5 : Obtention de données élastographiques
[83] Dans cet exemple, on met en oeuvre le troisième mode de réalisation du procédé d’imagerie selon l’invention pour caractériser l’élasticité d’un échantillon E constitué d’un ensemble formé par un gant de latex, du polystyrène et un câble métallique.
[84] La source de rayons X 2 est ici une source de type synchrotron. Le modulateur spatial d’intensité 3 est constitué de poudre de cuivre de taille moyenne de particule 45 pm. La rugosité moyenne de ce modulateur spatial d’intensité est de 45 microns. Le système de détection 5 de rayons X est placé à une distance D égale à 156m de la source de rayons X 2. L’échantillon E est placé à une distance d égale à 145m de la source de rayons X. Les éléments photo-détecteurs 5a du système de détection 5 de rayons X sont de forme carrée et présentent une taille de 23 microns. La rugosité moyenne du modulateur spatial d’intensité 3 est dans ce cas égale à 2,1 fois la taille des pixels de la première image lréf(x,y). Une onde sonore de fréquence 100 et 250 Hz, jouant le rôle l’onde d’excitation, est déclenchée pendant un intervalle de temps T= 1 min. Celle-ci met en mouvement l’échantillon E. Le suivi temporel des tavelures générées par le modulateur spatial d’intensité 3 permet alors de reconstituer le champ du maximum de déplacement en tout point de l’échantillon E. Sur la figure 9, l’image (a) montre une image de la projection de l’échantillon E à un instant t capturé en 2 ms. L’image (b) illustre le déplacement maximal de chaque point de l’échantillon E. Par dérivation numérique du déplacement maximal, la valeur du module d’Young de l’échantillon E en chacun de ses points est obtenue. L’image (c) illustre la valeur du module d’Young de chaque point de l’échantillon E.
Liste des références
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Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif d’imagerie par rayons X (1 ), notamment en contraste de phase, caractérisé en ce que ledit dispositif d’imagerie comprend :
- une source de rayons X (2),
- un modulateur spatial d’intensité (3), présentant une épaisseur maximale et une épaisseur minimale, apte à être traversé par un faisceau de rayons X issus de la source de rayons X (2), et à former un faisceau de rayons X modulé spatialement en intensité, le modulateur spatial d’intensité (3) comprenant un élément choisi parmi le cuivre, le titane, le nickel, l’argent, l’étain, l’or, et leurs mélanges,
- un support (4) d’échantillon (E), apte à supporter un échantillon (E), ledit échantillon (E) étant destiné à être traversé par au moins une partie dudit faisceau de rayons X modulé spatialement en intensité et transmettant un faisceau de rayons X réfracté modulé spatialement en intensité, l’échantillon (E), lorsqu’il est sur ledit support (4), étant situé à une distance d de la source de rayons X (2),
- un système de détection (5) de rayons X, situé à une distance D de la source de rayons X
(2), et comprenant un capteur bidimensionnel de rayons X muni d’une pluralité d’éléments photo-détecteurs (5a), présentant chacun une même taille donnée, ledit système de détection (5) étant apte, dans une première configuration du dispositif dans laquelle le dispositif ne comprend pas d’échantillon (E), à détecter un premier faisceau de rayons X F issu directement du modulateur spatial d’intensité
(3) ledit premier faisceau de rayons X issu directement du modulateur spatial d’intensité (3) présentant une première modulation d’intensité, et à transformer ledit premier faisceau en un premier signal électrique (Séiec_réf), et, dans une deuxième configuration du dispositif dans laquelle un échantillon (E) est disposé sur le support
(4) d’échantillon (E), à détecter un deuxième faisceau de rayons X F’, traversant le modulateur spatial d’intensité (3) puis l’échantillon (E), ledit deuxième faisceau de rayons X réfracté par l’échantillon (E) présentant une deuxième modulation d’intensité, et à le transformer ledit deuxième faisceau en un deuxième signal électrique (Séiec_éch),
- une unité de traitement électronique (6), apte à recevoir le premier signal électrique (Séiec réf) et à le traiter de manière à générer une première image ( f(x,y)) comprenant une pluralité de pixels, présentant chacun une même taille donnée, et à recevoir le deuxième signal électrique (Séiec-éch) et à le traiter de manière à générer une deuxième image ( ch(x,y)), et apte à générer, à partir de ladite première image (Iréf(x.y)) et de ladite deuxième image ( ch(x,y)), au moins une image caractéristique dudit échantillon (E), ledit dispositif d’imagerie (1 ) étant caractérisé en ce que la différence entre l’épaisseur maximale et l’épaisseur minimale du modulateur spatial d’intensité (3), appelée rugosité moyenne, est comprise entre deux et vingt fois la taille des pixels de la première image Léf(x,y), ladite taille étant égale au produit de la taille des éléments photo-détecteurs par le rapport d/D.
[Revendication 2] Dispositif (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les éléments photo-détecteurs (5a) sont de même forme carrée et présentent chacun une même taille donnée égale à la longueur du côté de la forme carrée.
[Revendication s] Dispositif (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les éléments photo-détecteurs (5a) sont de même forme rectangulaire et présentent chacun une même taille donnée égale à la longueur de la forme rectangulaire.
[Revendication 4] Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’unité de traitement électronique est apte à générer, à partir de la différence entre ladite première image ( f(x,y)) et ladite deuxième image ch(x,y) au moins une image caractéristique dudit échantillon (E).
[Revendication 5] Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’unité de traitement électronique est apte à générer ladite au moins une image caractéristique dudit échantillon (E) en fonction du gradient de la phase du faisceau de rayons X F’ réfracté reçu par le système de détection (5) dans la deuxième configuration du dispositif (1 ).
[Revendication 6] Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le modulateur spatial d’intensité (3) comprend un matériau choisi parmi un métal, un métalloïde, un élément léger et leurs mélanges, le numéro atomique dudit élément étant compris entre 13 et 80.
[Revendication 7] Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le modulateur spatial d’intensité (3) comprend de la poudre et/ou des particules.
[Revendication 8] Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source de rayons X (2) est apte à émettre des photons d’énergie comprise entre 10 et 300 keV.
[Revendication 9] Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en que la source de rayons X (2) est choisie parmi une source pour micro-tomographie assistée par ordinateur, par exemple de type nanoFoyer ou microFoyer, une source pour appareil de type amplificateur de brillance, une source pour appareil de type mammographie, et une source de type radiographie.
[Revendication 10] Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le support (4) d’échantillon (E) est monté à rotation selon un axe de rotation orthogonal à la direction principale du faisceau de rayons X issus de la source de rayons X (2).
[Revendication 11] Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l’ensemble formé par la source de rayons X (2) et le système de détection (5) de rayons X est monté à rotation autour du support (4) d’échantillon (E).
[Revendication 12] Procédé d’imagerie par rayons X, caractérisé en ce qu’il met en oeuvre un dispositif d’imagerie par rayons X (1 ) selon l’une des revendications 1 à 1 1.
[Revendication 13] Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu’il est un procédé d’imagerie bidimensionnelle, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
a / exposer le modulateur spatial d’intensité (3) à un faisceau de rayons X issus de la source de rayons X (2),
b / dans la première configuration du dispositif (1 ), détecter et transformer le premier faisceau de rayons X F en un premier signal électrique (Séiec_réf),
cl recevoir et traiter par l’unité électronique (6) le premier signal électrique (Séiec_réf), de manière à générer au moins une première image ( f(x,y)),
d / dans la deuxième configuration du dispositif (1 ), détecter et transformer le deuxième faisceau de rayons X F’ en un deuxième signal électrique (Séiec_éch), e/ recevoir et traiter par l’unité de traitement électronique (6) le deuxième signal électrique (Séiec_réf), de manière à générer au moins une deuxième image ( ch(x,y)), f/ générer, par l’unité de traitement électronique (6), à partir de ladite au moins une première image ( f(x,y)) et de ladite au moins une deuxième image ( ch(x,y)), au moins une image choisie parmi une image de transmission, une image du gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale du faisceau de rayons X issu de la source de rayons X (2), une image de la phase, et une image de la diffusion de l’échantillon (E).
[Revendication 14] Procédé selon la revendication 12, dans le cas où le dispositif (1 ) mis en oeuvre est un dispositif selon la revendication 10 ou 11 , caractérisé en ce que le procédé est un procédé d’imagerie tridimensionnelle, ledit procédé
comprenant les étapes suivantes :
a / exposer le modulateur spatial d’intensité (3) à un faisceau de rayons X issus de la source de rayons X (2),
b / dans la première configuration du dispositif (1 ), détecter et transformer le premier faisceau de rayons X F en un premier signal électrique (Séiec_réf),
cl recevoir et traiter par l’unité de traitement électronique (6) le premier signal électrique (Séiec_réf), de manière à générer au moins une première image ( f(x,y)), d / dans la deuxième configuration du dispositif (1 ), dans le cas où soit le support (4) d’échantillon (E) est monté à rotation selon un axe de rotation orthogonal à la direction principale du faisceau de rayons X issus de la source de rayons X (2), soit l’ensemble formé par la source de rayons X (2) et le système de détection (5) de rayons X est monté à rotation autour du support (4) d’échantillon (E), détecter le deuxième faisceau de rayons X F’ et le transformer en un deuxième signal électrique (Séiec éch i), pour N positions données (1 , ...N), les N positions données étant soit des positions de l’échantillon (E), correspondant chacune à une rotation donnée du support (4) d’échantillon (E), soit des positions de l’ensemble formé par la source de rayons X (2) et le système de détection (5) de rayons X,
e/ recevoir et traiter par l’unité de traitement électronique (6), pour chacune des N positions, le deuxième signal électrique (Séiec_échj), de manière à générer pour chacune des N positions au moins une deuxième image ( chj(x,y)),
f/ générer, par l’unité de traitement électronique (6), à partir de ladite au moins une première image ( f(x,y)) et de toutes les deuxièmes images ( chj(x,y)), au moins une image choisie parmi une image de transmission tridimensionnelle, une image tridimensionnelle du gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale des rayons X issus de la source de rayons X (2), une image tridimensionnelle de la phase, et une image tridimensionnelle de la diffusion de l’échantillon (E).
[Revendication 15] Procédé selon l’une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu’une pluralité de premières images ( f(x,y)) et une pluralité de deuxièmes images (léch(x,y)) sont générées et sont combinées pour générer par l’unité de traitement électronique (6) au moins une image bidimensionnelle ou tridimensionnelle choisie parmi une image de transmission, une image du gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale du faisceau de rayons X issus de la source de rayons X (2), une image de la phase, et une image de la diffusion de l’échantillon (E).
[Revendication 16] Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu’il est un procédé de suivi temporel de structures contenues dans un échantillon (E), durant un intervalle de temps T, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
a / exposer le modulateur spatial d’intensité (3) à un faisceau de rayons X issu de la source de rayons X (2),
b / dans la première configuration du dispositif (1 ), détecter et transformer le premier faisceau de rayons X F en un premier signal électrique (Séiec-réf),
cl recevoir le premier signal électrique (Séiec-réf) et le traiter de manière à générer au moins une première image ( f(x,y)),
d / détecter, pour une pluralité de N instants ti, i étant un nombre entier compris entre 1 et N, contenus dans l’intervalle de temps T, et transformer le deuxième faisceau de rayons X F’ en une pluralité de N deuxièmes signaux électriques (Séiec-échj), pour i allant de 1 à N,
e/ recevoir et traiter par l’unité de traitement électronique (6) les N deuxièmes signaux électriques (Séiec-échj), pour i allant de 1 à N, de manière à générer N deuxièmes images ( ch(x,y)),
f/ générer, par l’unité de traitement électronique (6), à partir de ladite au moins une première image ( f(x,y)) et des N deuxièmes images ( chj(x,y)), une séquence de N images successives (ldéfj(x,y)), lesdites N images (ldéfj(x,y)) successives étant des images de transmission, des images de gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale des rayons X issus de la source de rayons X (2), des images de la phase, ou des images de la diffusion de l’échantillon (E).
[Revendication 17] Procédé selon la revendication 16, où une pluralité de premières images ( f(x,y)) et une pluralité de deuxièmes images ( chj(x,y)) sont générées et sont combinées pour générer par l’unité de traitement électronique (6) au moins une séquence de N images successives (ldéfj(x,y)), pour i allant de 1 à N, lesdites N images (ldéfj(x,y)) successives étant des images de transmission, des images de gradient de la phase différentielle dans deux directions orthogonales et parallèles à un plan perpendiculaire à la direction principale des rayons X issus de la source de rayons X (2), des images de la phase, ou des images de la diffusion de l’échantillon (E).
[Revendication 18] Procédé selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de traitement de ladite au moins une séquence de N images successives (ldéfj(x,y)) pour obtenir des données élastographiques des structures de l’échantillon (E). j
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